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Java并发编程 - 线程封闭

2024-07-28 11:57:31   223人阅读

保证并发安全性的方式有三：

不共享、不可变、同步 

 

前两种方式相对第三种要简单一些。

这一篇不说语言特性和API提供的相关同步机制，主要记录一下关于共享的一些思考。

共享(shared)，可以简单地认为多个线程可以同时访问某个对象。

如果仅仅在单线程内进行访问则不存在同步的问题。

保证数据的单线程访问称为线程封闭(thread confinement)。

 

线程封闭有三种方式：

·Ad-hoc线程封闭

·栈封闭

·ThreadLocal

  

Ad-hoc线程封闭：

通过程序实现来进行线程封闭，也就是说我们无法利用语言特性将对象封闭到特定的线程上，这一点导致这种方式显得不那么可靠。

 

举个例子，假设我们保证只有一个线程可以对某个共享的对象进行写入操作，那么这个对象的"读取-修改-写入"(比如自增操作)在任何情况下都不会出现竟态条件。

如果我们为这个对象加上volatile修饰则可以保证该对象的可见性，任何线程都可以读取该对象，但只有一个线程可以对其进行写入。

这样，仅仅通过线程封闭+volatile修饰就适当地保证了其安全性，相比直接使用synchoronized修饰，虽然更适合，但实现起来稍微复杂。

而对于线程封闭方式的选择，这种方式是最不被推荐的。

 

栈封闭：

这个方式理解起来比较简单，封闭在执行线程是局部变量本身固有的特性，封闭在执行线程的栈里，其他线程无法访问是理所当然的。

 

对于基本类型的局部变量，我们不用考虑任何事情，因为Java语言特性本身就保证了任何方法都无法获得基本类型的引用。

而对于引用类型的局部变量，我们需要稍微注意一些问题来保证其栈封闭。

参考下面的装载方舟的代码，现在我们要保护animals，则需要保证该方法的参数、调用的外来方法、返回值都不会引用到animals：

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    public int loadTheArk(Collection<Animal> candidates) {
        SortedSet<Animal> animals;
        int numPairs = 0;
        Animal candidate = null;
 
        animals = new TreeSet<Animal>(new SpeciesGenderComparator());
        animals.addAll(candidates);
        for (Animal a : animals) {
            if (candidate == null || !candidate.isPotentialMate(a))
                candidate = a;
            else {
                ark.load(new AnimalPair(candidate, a));
                ++numPairs;
                candidate = null;
            }
        }
        return numPairs;
    }

先说说loadTheArk的参数candidates，我们将它的元素进行筛选后装载到了方舟中，方法结束后无法通过该参数影响方舟中的动物夫妇。

其次是外来方法，我们使用了"种类性别比较器"对animals进行排序，但它是一个concrete，不会有不确定的行为对animals的状态产生影响。

最后是返回值，显然我们是想报告装载了多少对动物夫妇，返回类型是个基本类型，无法引用animals。

好了，这就是个成功的栈封闭。

 

 

ThreadLocal：

给人一种亲切感，这几乎是很常见的方式，而且也是最规范的方式。

 

我们通常用ThreadLocal保证可变的单例变量和全局变量不被多线程共享。

先让我们想想单线程场景中使用Connection对象连接数据库，鉴于Connection对象的初始化开销，整个应用中会维护一个全局的Connection对象。

如果我们想将这个应用改为多线程的，鉴于Connection对象本身不是线程安全的，我们需要对其进行线程封闭，此时我们可以使用ThreadLocal：

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public class ConnectionDispenser {
    static String DB_URL = "jdbc:mysql://localhost/mydatabase";
 
    private ThreadLocal<Connection> connectionHolder
            = new ThreadLocal<Connection>() {
                public Connection initialValue() {
                    try {
                        return DriverManager.getConnection(DB_URL);
                    } catch (SQLException e) {
                        throw new RuntimeException("Unable to acquire Connection, e");
                    }
                };
            };
 
    public Connection getConnection() {
        return connectionHolder.get();
    }
}

不仅是Connection这种场景，如果我们的很多操作频繁地用到某个对象，而我们又需要考虑它的线程封闭又需要考虑它的初始化开销，ThreadLocal几乎是最好的选择。

虽然这看起来有点像一个全局的Map<Thread,T>，事实上也可以这样理解，但其实现并不是这样你懂的。

当然，这种方式很方便，但这并不代表ThreadLocal可以滥用， 比如仅仅是考虑到应用的并发安全性就把全局变量一律变成ThreadLocal。

而这种做法会导致全局变量难以抽象，并降低其可重用性，而且也增加了耦合。

 

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